ШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ С ЧПУ

Технологическое оборудование машиностроительных произ­водств

Выпускают круглошлифовальные, плоскошлифовальные, внутри — шлифовальные, бесцентровошлифовальные, контурошлифовальные, заточные станки с ЧПУ. Созданы также многоцелевые шлифовальные станки, обеспечивающие обработку в патроне с одного установа внеш­них и внутренних поверхностей заготовок типа тел вращения. Такие станки имеют несколько шлифовальных шпинделей и автоматическую смену инструмента либо с целью замены изношенного круга, либо круга соответствующего диаметральному размеру обрабатываемого от­верстия. Вместимость инструментального магазина 12—18 шт. На основе шлифовальных многоцелевых станков созданы гибкие произ­водственные модули (ГПМ), обслуживаемые ПР.

Шлифовальные станки с ЧПУ, с точки зрения обработки металла, выполняют те же виды работ, что и шлифовальный станок с ручным управлением. В станках с ЧПУ применяют тот же режущий инструмент, те же скорости резания, СОЖ и т. д. Повышение производительности и расширение технологических возможностей станков с ЧПУ обеспе­чиваются не за счет процессов, связанных со съемом металла, а лишь за счет управления и сокращения вспомогательного времени обработ­ки.

Особенностью шлифования, затрудняющей программное управле­ние процессом, является то, что износ шлифовального круга соизмерим по величине с припуском на обработку (в отличие от лезвийного инструмента). Величина износа круга определяется действием различ­ных факторов и составляет 1/50 от снимаемого припуска. Поэтому шлифовальные станки с ЧПУ оснащены механизмами автоматической компенсации изнашивания круга. Управлением механизмом правки осуществляется устройством ЧПУ. Система ЧПУ должна быть замк­нутой для компенсации упругих температурных деформаций техноло­гической системы, ее геометрической неточности. Измерительные системы станков с ЧПУ должны иметь высокую разрешающую спо-

Собность, которая обеспечивает малые величины допусков на точность позиционирования. В круглошлифовальных станках приборы обеспе­чивают непрерывное измерение диаметров в процессе шлифования с относительной погрешностью не более 2 х 10″5 мм. Контроль продоль­ных перемещений стола осуществляется с погрешностью не более 0,1 мм для круглошлифовальных и 0,02—0,03 мм для торцекруглошли — фовальных станков.

В качестве программоносителя чаще всего используется перфолен­та. Шлифовальные станки обычно оснащают системами ЧПУ типа CNC, которые обеспечивают управление по 3—4 координатам. В станках, работающих несколькими кругами, возможно управление по 5—6 и даже 9 координатам. Взаимосвязь между УЧПУ и оператором шлифовального станка с ЧПУ в большинстве случаев осуществляется в диалоговом режиме посредством дисплея.

Плоекошлифовальне станки с ЧПУ в зависимости от назначения могут иметь одну, две и три программируемые оси перемещения: X— продольная подача стола, Z— поперечная подача стола, Y— верти — 268

Кальная подача шлифовального круга (рис. 166, а). Дополнительно может осуществлять программное управление частотой вращения круга по мере его износа (для поддержания постоянной скорости резания), скоростью подач и другими параметрами. Обработка плоских поверх­ностей может программироваться в режимах маятникового и глубин­ного шлифования. При маятниковом шлифовании (рис. 167, а) стол с закрепленной на нем заготовкой совершает возвратно-поступательное перемещение относительно шлифовальной бабки, несущей круг. По­дача вдоль оси Z(пoпepeчнaя) может осуществляться после одного хода стола — отработки одной строки (рис. 167, 6) или одновременно с продольной подачей вдоль оси X (рис. 167, в). В последнем случае обратный ход обычно выполняют без поперечной подачи для улучше­
ния качества поверхности. После обработки плоской поверхности круг подается вниз на заготовку для обеспечения съема металла при после­дующих рабочих ходах. При глубинном шлифовании (рис. 167, д) припуск снимают за один рабочий ход при малых скоростях движения заготовки относительно круга. Обработку криволинейных поверхно­стей выполняют движением шлифовальной бабки с кругом одновре­менно по двум координатам (рис. 167, д), либо как и в обычных станках — применением координатной правки круга (рис. 167, е). Правку осуществляют по УП алмазным карандашом, установленным в меха­низм, управляемый УЧПУ (рис. 167, ж). Требуемый профиль получа­ется при одновременном перемещении круга (ось Z) и алмазного карандаша (ось X). По УП можно задавать не только траекторию правящего инструмента, но и технологию процесса правки с учетом компенсации износа круга. В большинстве случаев правку выполняют периодически (рис. 167, з). При глубинном и профильном шлифова­нии, когда круг изнашивается, особенно интенсивно используют не­прерывную правку с компенсационным смещением круга.

Круглошлифовальные станки с ЧПУ имеют две основные програм — моуправляемые оси перемещения (см. рис. 166, 6) Z— поперечной подачи шлифовального круга, X— продольной подачи заготовки. Это позволяет программировать обработку шеек ступенчатых валов мето­дом врезного (рис. 168, а) и проходного шлифования по любому рабочему циклу; задавать выхаживающую осцилляцию вдоль оси X после врезного шлифования (рис. 168, в), программировать обработку торцов (рис. 168, г), а при одновременно управляемых осях X и Z шлифовать на проход конические и более сложные поверхности вра — 270

Щения (рис. 168, д). В станках может бьггь предусмотрено и большее количество координатных осей.

Торцекруглошлифовальные станки с ЧПУ могут иметь до десяти управляемых координат (см. рис. 166, в) — три основных (X, Zy Q и шести вспомогательных установочных координат позиционирования: В — поворота стола для обработки конуса, Y— оси прибора активного контроля, Z— перемещение прибора осевой ориентации круга отно­сительно заготовки при обработке ступенчатых валов, W— смещение задней бабки при корректировании обрабатываемой заготовки. Правка кругов выполняется также по УП, что обеспечивает поддержание любого заданного профиля.

На станках программируют обработку галтелей с различными ра­диусами (рис. 169, а), шлифование торцов (рис. 169, б), одновременную обработку цилиндрических торцевых поверхностей (рис. 169, в, г), врезное шлифование фасонных поверхностей (рис. 169, д) и другие операции. Наличие на универсальном станке с ЧПУ внутришлифо- вальной головки управляемой от УП позволяет одновременно шлифо­вать наружные и внутренние поверхности.

Внутришлифовальные станки с ЧПУ (см. рис. 166, г) могут иметь одну, две и более управляемых координат. Основными является Z— поперечная подача, X— продольная подача. Часто для удобства разра­ботки УП вводится координата Xі, совпадающая по направлению с X, по которой задается продольное перемещение шлифовального круга. Наличие этих осей позволяет программировать все основные схемы шлифования, выполняемые на станке: сквозного и глухого цилиндри­ческих отверстий (рис. 170, а, б), внутренней торцовой поверхности (рис. 170, в), фаски (рис. 170, г), конического отверстия (рис. 170, д),

Наружной торцовой поверхности (рис. 170, ё) и др. На станках также предусмотрена правка круга по УП.

Круглошлифовальный полуавтомат ЗМ151Ф2 с ЧПУ. Станок слу­жит для шлифования гладких и прерывистых поверхностей ступенча­тых валов. Применяются в условиях мелко и среднесерийного производства. Станок обеспечивает выполнение в автоматическом режиме продольного, врезного и строчного шлифования с последую­щей зачисткой продольным шлифованием, а также шлифование бур­тиков. В процессе обработки осуществляется активный контроль диаметральных размеров валов. Класс точности станка П, он обеспе­чивает точность диаметральных размеров по 6-му квалитету. Станок можно встраивать в автоматизированные участки, управляемые от ЭВМ.

Техническая характеристика станка. Наибольшие размеры устанав­ливаемой заготовки: диаметр 200 мм, длина 700 мм, диаметр заготовки, обрабатываемой с активным контролем, 0—85 мм, частоты вращения заготовки 50—500 мин»1 (регулируется бесступенчато), скорость шли­фовального круга не более 50 м/с, рабочие подачи шлифовальной бабки для предварительной обработки 0,2—0,12 мм/мин, окончательной 0,1— 0,6 мм/мин, доводочные 0,02—0,12 мм/мин, скорость быстрого подвода шлифовальной бабки 1700—930 мм/мин, скорость перемещения стола 0,05—5 м/мин (число ступеней 10), габаритные размеры станка 4950 х х2400 х 2170 мм.

УЧПУ — специализированное для шлифовальных станков. Ввод УП — посредством декадных переключателей. Размеры в УП задаются в абсолютных значениях. По УП можно шлифовать восемь ступеней заготовки. Число программируемых координат — 2. Работа выполня­ется последовательно по каждой координате. Станок оснащен двумя измерительными устройствами и соответствующими им корректирую­щими системами: для определения отклонения размеров заготовки и круга. Контроль диаметрального износа круга (координата X) выпол­няется и корректируется косвенным путем при измерении заготовки в процессе обработки прибором активного контроля. Контроль базового торца заготовки (координата Z) осуществляется прибором осевой ориентации. Этот контроль нужен для привязки заготовки к коорди­натной системе станка (например, в случае измерения глубины торце­вых отверстий). Прибор имеет щуп, в момент касания которого заготовки производится коррекция «нуля» датчика положения стола станка. Дискретность перемещения по координатам: X — 0,001 мм, У — 0,01 мм. УЧПУ имеет цифровую индикацию.

Основные механизмы и движения в станке. Жесткая станина А станка (рис. 171, а) имеет направляющие, по которым совершает возвратно-поступательные перемещения стол Ж, несущий верхний поворотный стол, который можно поворачивать на угол. Заготовку устанавливают в центрах передней Б и задней Е бабок. Она получает движение круговой подачи. По поперечным направляющим станины перемещается шлифовальная бабка Д на корпусе которой смонтирован механизм поперечных подач Д. Шлифовальный шпиндель кроме вра­щательного движения имеет осевое перемещение в автоматическом режиме. Вспомогательные движения: ввод и вывод в зону обработки измерительных приборов, ручные перемещения стола и шлифовальной бабки, подвод-отвод пиноли задней бабки, перемещение следящего упора, продольное перемещение и подача на круг алмазного инстру­мента при правке, которая выполняется прибором В. Станок оснащен устройством для балансировки круга.

Кинематика станка. Главное движение шпиндель VIII шлифоваль­ного круга получает от асинхронного электродвигателя Ml через клиноременную передачу. Шпиндель смонтирован на гидростатиче­ских подшипниках.

Осевое перемещение шпинделя осуществляется гидравлически. Масло поступает в цилиндр Ц5 и перемещает поршень-рейку, которая поворачивает реечное колесо Z= 17, вал XIV и кулачок 4. Последний через плунжер 5 и систему рычагов 6 перемещает шпиндель VIII. После контакта круга с торцем заготовки форсированная подача прекраща­ется и происходит шлифование торца. Шпиндель возвращается в исходное положение пружиной.

Перемещение стола выполняет гидроцилиндр Ц1 или механизм ручного перемещения от маховичка 9 через передачи Z= 14/62, Z= = 12/48 и реечную передачу. При перемещении стола от гидропривода механизм ручного перемещения автоматически выключается. Гидро­цилиндр Ц2 выводит из зацепления вал-колесо Z= 14.

Вращение заготовки осуществляет от электродвигателя постоянно-

Го тока М2 через две клиноременные передачи. Шпиндель II непод­вижен, вращение заготовки передается поводком планшайбы.

Механизм поперечных подач обеспечивает ускоренную подачу, которая снижается в ходе цикла в 2 раза, рабочую подачу и установочное ручное перемещение шлифовальной бабки. Установочный подвод осуществляется маховичком 8 через конические колеса Z= 39/39, червячную пару Z= 2/20 и пару винт-гайка качения X (р = 10 мм). Ускоренное перемещение шлифовальной бабки выполняется от двух — скоростного асинхронного двигателя М4 через червячную передачу Z= 2/30 и пару винт-гайка качения X.

Автоматическая рабочая подача шлифовальной бабки происходит от регулируемого электродвигателя постоянного тока М3(типа СЛ-569) через червячные пары Z= 2/30 и Z= 2/40 при включенной электро­магнитной муфте М и затем через передачи Z= 39—39, Z= 2—40. Частота вращения вала электродвигателя МЗ контролируется тахоге­нератором ТГ (типа CJI161, N= 0,009 кВт, п = 20…4000 мин1).

При врезном шлифовании замедление подачи от форсированной до доводочной осуществляется за счет изменения частоты вращения электродвигателя, которая регулируется управляющими сигналами из­мерительных устройств. Величина рабочей поперечной подачи Sn = =п (2/30) х (2/40) х (39/39) х (2/40) х 10. Периодическая поперечная подача возможна при периодическом включении муфты Мх.

Задняя бабка. Осевой отвод пиноли задней бабки осуществляется гидравлически при перемещении поршня рейки (/я = 2 мм) и вручную поворотом вала колеса Z= 24. Заготовка зажимается в центрах пружи­ной. Бабка оснащена механизмом вывода конусообразное™ на обра­батываемой заготовке. Конусное отверстие под центр расточено эксцентрично относительно наружного диаметра пиноли (см. разрез 3 — 3). Поэтому при включении электродвигателя М5возможна подача заготовки поворотом пиноли. Центр задней бабки при этом может перемещаться на 0,05 мм. Шлифование шейки заготовки у передней бабки происходит после предварительной установки оси центров. Когда размер этой шейки получен, шлифуют шейку, расположенную у задней бабки. Диаметральный размер шейки контролируется датчи­ком положении шлифовальной бабки. Последняя в определенный момент останавливается и начинается подача от механизма вывода конусообразности.

Правка шлифовального круга. Алмазный инструмент, установлен­ный в пиноли механизма правки, подается на шлифовальный круг автоматически гидросистемой или вручную вращением маховичка 2, расположенного на валу К, через зубчатые пары Z= 2/72, Z= 27/7 и ходовой винт III При автоматической правке плунжер (на рис. 171 не показан) посредством собачки поворачивает храповое колесо Z= 200, установленное на винте III Угол поворота регулируется упором. Продольное перемещение устройства правки происходит от гидроци­линдра ЦЗ. На каретке под углом 45° перемещается от гидроцилиндра Ц4 корпус, опирающийся щупом на прямолинейный копир 3. Копир обеспечивает правку за один или два рабочих хода. Тонкую регулировку положения выполняют винтом (р= 1,5 мм).

Механизмы вода измерительной скобы и прибора осевой ориента­ции (рис. 171, б). В колонне 7 шарнирно смонтирован цилиндр 2 (на рис. 171, б не показан). На штоке 10 установлена измерительная скоба 77. Шток перемещается вдоль оси круга и имеет два крайних положе­ния. Вывод скобы из зоны обработки осуществляется подачей масла в нижнюю полость цилиндра 2. Шток 3, действуя на шайбу 7, через рычаг 4 поворачивает корпус 6скобы на оси 8. Таким образом скоба выведена из зоны измерения. При дальнейшем перемещении штока J скоба и установленный на кронштейне 9 механизм ввода прибора осевой ориентации поворачиваются вокруг оси 5 и движутся вверх. Ввод измерительной скобы осуществляется при перемещении поршня вниз.

Прибор осевой ориентации 16 закреплен клеммным зажимом на кронштейне 75, который может совершать качательное движение на валу 14 от поршня 12 гидроцилиндра 77. При вводе прибора масло поступает в бесштоковую полость цилиндра 77, при выводе — в што­ковую. При отсутствии давления в штоковой полости срабатывает пружина 13. Конечные положения поршня фиксируются микроперек­лючателями.

Цикл работы станка. 1. Включают электродвигатели гидравличе­ской системы, насосов смазывания и машинного оператора, а затем привода шлифовального круга. 2. Поднимается измерительная скоба, подводится пиноль задней бабки, заготовка зажимается в центрах. 3. На панели пульта программного управления нажимают кнопку «Авто­мат», при этом: а) шлифовальная бабка перемещается в крайнее заднее положение, контролируемое конечным выключателем; б) стол зани­мает положение, соответствующее координате торца первой шлифуе­мой ступени без учета коррекции на зацентровку; в) подводится измерительная скоба и устройство осевой ориентации, щуп последнего упирается в заготовку, включается движение стола вправо до касания с базовым торцом заготовки щупа; г) производится совмещение начала отсчета системы по установленной заготовке; д) убирается щуп прибора осевой фиксации. 4. Шлифовальная бабка начинает перемещаться вперед на ускоренной подаче (1700 мм/мин) до тех пор, пока датчик положения шлифовальной бабки не войдет в зацепление со следящим упором и выдаст команду на замедление в два раза скорости переме­щения. Включается вращение заготовки и подача СОЖ. 5. При даль­нейшем перемещении шлифовальной бабки за 2—3 мм до заданного размера скорость перемещения замедляется до величины форсирован­ной подачи (6 мм/мин). 6. Скорость перемещения шлифовальной бабки переключается с форсированной на предварительную по команде реле касания круга с заготовкой, либо по команде от датчика положения 276 шлифовальной бабки, если припуск на обработку меньше 0,2 мм. 7. Скорость перемещения шлифовальной бабки переключается с предва­рительной на окончательную по команде датчика положения шлифо­вальной бабки. При переключении на окончательную скорость губки измерительной скобы смыкаются на заготовке и последующие команды переход на доводочную скорость и окончание работы дает скоба. Применять последнюю при обработке прерывистых поверхностей нельзя. Поэтому окончательная обработка выполняется по команде датчика положения шлифовальной бабки. 8. После шлифования пер­вой ступени стол перемещается для установки следующей запрограм­мированной ступени напротив круга, шлифуется очередная ступень заготовки. После окончания обработки последней ступени заготовки шлифовальная бабка перемещается в заднее крайнее положение и отводится измерительный прибор.

Автоматическая правка круга включается при шлифовании ступе­ней заготовки, где предусмотрена компенсация износа круга (радиаль­ная коррекция). Коррекция осуществляется в момент обработки ступени, контроль диаметра которой выполняется измерительной ско­бой. Поэтому первой необходимо шлифовать ту ступень заготовки, контроль которой может осуществляться скобой.

Гидросистема станка осуществляет: продольное реверсивное пере­мещение стола с девятью фиксированными скоростями, продольное перемещение измерительной скобы, развод ее губок, подвод и отвод щупа механизма осевой ориентации, ввод и вывод измерительных приборов, отвод пиноли задней бабки, управление прибором правки шлифовального круга, перемещение шпинделя шлифовальной бабки, отключение механизма ручного перемещения стола, смазывание под­шипников шпинделя шлифовальной бабки и направляющих.

Плоскошлифовальный станок ЗЕ711ВФЗ-1 с ЧПУ профилирования круга. Станок служит для шлифования заготовок различных профилей методом врезания, а также плоских поверхностей периферией или торцом шлифовального круга. Применяется в условиях единичного и мелкосерийного производства. Правка шлифовального круга автома­тическая от УЧПУ. Переход с предварительного на чистовое шлифо­вание автоматический, обеспечивается датчиками. Класс точности станка В. Достигаемая точность обработанной поверхности: отклоне­ние от плоскости 4 мкм, параллельности 2 мкм, шероховатость Ra = =0,16 мкм.

Техническая характеристика станка. Размеры рабочей поверхности стола 400 х 200 мм, наибольшая скорость резания 35 м/с, скорость продольного перемещения стола 2—35 м/мин, скорость вертикального перемещения шлифовальной головки (бесступенчатое регулирование) 0,015—1,5 м/мин, автоматическая вертикальная подача 0,002—0,01 мм; ступенчатая в диапазоне 0—0,01 мм через 0,002 мм; в диапазоне 0—0,1 мм через 0,02 мм; автоматическая поперечная подача (бесступенчатое
регулирование) 0,0016—0,1 м/мин, габаритные размеры станка 3030 х 2360 х 2080 мм.

Основные механизмы и движения в станке аналогичны базовому станку ЗЕ711В.

Механизм правки 1 с ЧПУ (рис. 172) смонтирован на шли­фовальной головке 3. Правка шлифовального круга выпол­няется автоматически резцом 2 с алмазной вставкой по про­филю, который соответствует профилю заготовки, подлежа­щей обработке. Резцу от УЧПУ сообщаются через приводы по­дач перемещения по координа­там Хв продольном и У в поперечном направлениях. Резец может также поворачиваться вокруг оси У(координата В) в пределах 30°. УЧПУ типа НЗЗ-1М. Число управляемых координат (из них управляемых одновре­менно) — 3/3, программоноситель — восьмидорожечная перфолента.

Механизм правки обеспечивает скорость рабочей подачи по коор­динатам Хи Z0,24—300 мм/мин, скорость установочного перемещения по этим координатам 2—600 мм/мин, скорость рабочей подачи по координате В 12000 град/мин, дискретность перемещений по X и Z 0,000125 мм/мин, по 5 0,025 град/мин.

Z=1

Ориентировочные режимы при предварительной правке: глубина t =0,02 мм, контурная скорость V — 60 мм/мин, при окончательной / = 0,005 мм, V — 40 мм/мин. Станок оснащен устройством для ориен­тировочного контроля правки. Для этого в механизм вместо резца устанавливают графитовый карандаш, который описывает заданный УП профиль на бумаге.

Привод (рис. 173) осуществляется от шаговых двигателей М2 и МЗ (типа ШД-5Д1М) через червячные редукторы и пары винт-гайки качения УШ и II (типа р = 5 мм). Поворот вокруг вертикальной оси осуществляется от шагового двигателя Ml (типа ШД-5Д1М) через червячный редуктор Z= 1/60. Подвижные продольные и поперечные 2 винты, установленные на шлифовальной головке 3, смонтированы на роликовых направляющих с предварительным натягом. Все узлы смонтированы на станине 7.